纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢技术

本发明专利技术公开一种纳米贝氏体钢的组织调控方法，包括：对目标钢材料进行奥氏体化；在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；在第二温度下对第一等温转变后的目标钢材料进行第二等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第二目标比例。本发明专利技术还公开利用前述纳米贝氏体钢的组织调控方法获得的纳米贝氏体钢。通过对纳米贝氏体尺寸及该尺寸对应的组织含量进行控制，从而对材料性能进行精确的把控，以满足不同领域对材料性能的要求。

Microstructure Regulation Method of Nano-bainite Steel and Nano-bainite Steel Obtained

The invention discloses a method for controlling the structure of nano-bainite steel, which includes austenitizing the target steel material, first isothermal transformation of the target steel material after austenitizing at the first temperature until the bainite production of the target steel material reaches the first target ratio, and second isothermal transformation of the target steel material after the first isothermal transformation at the second temperature. Until the bainite production of the target steel reaches the second target ratio. The invention also discloses a nano bainite steel obtained by using the structure control method of the nano bainite steel mentioned above. By controlling the size of nano-bainite and the corresponding content of structure, the properties of materials can be accurately controlled to meet the requirements of different fields.

【技术实现步骤摘要】
纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢
本专利技术涉及材料科学与工程
，特别涉及一种纳米贝氏体钢的组织调控方法及其获得的纳米贝氏体钢。
技术介绍
近年来，纳米贝氏体材料以其高的强度、较高的韧性，优异的耐磨性和抗滚动接触疲劳性能，得到了材料研究学者和机械制造领域企业的高度关注。众所周知，组织结构决定材料性能，对于纳米贝氏体材料，贝氏体的尺寸是决定材料强度的关键因素，同时贝氏体尺寸也影响材料的塑韧性。在纳米晶材料的开发中，很多研究人员通过引入较为粗大尺寸的晶粒，使得晶粒尺寸呈现双峰分布或多尺寸分布，来保证材料的塑性和韧性。在关键零部件轴承、齿轮等领域，对材料性能的要求很高，不仅是强度，韧性指标更为重要，尤其是在有冲击载荷的使用工况下，零部件的高韧性成为决定其使用寿命的关键因素。因此，在保证纳米贝氏体钢强度的同时，进一步的提高材料的韧性指标，不仅会提高关键零部件的使用安全性，也能够进一步扩大纳米贝氏体钢的应用范围。因此，贝氏体尺寸的调控是保证强度前提下提高韧性的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米贝氏体钢组织调控方法，在设计贝氏体相变工艺时，根据不同的要求，将不同尺寸的纳米贝氏体进行不同比例的结合，能够对材料的性能进行精确的把控，从而满足不同领域对材料性能的要求。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种纳米贝氏体钢的组织调控方法，包括：步骤S1：对目标钢材料进行奥氏体化；步骤S2：在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；第一温度依据第一目标尺寸和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到，且第一温度高于目标钢材料的马氏体转变温度，其中，对贝氏体尺寸及该尺寸对应的组织含量进行控制，贝氏体尺寸表达式：贝氏体尺寸表达式中T为贝氏体等温转变温度，ΔGγ→α为贝氏体相变驱动力，是在T温度时奥氏体的屈服强度，t为贝氏体板条厚度，f为温度、相变驱动力以及强度的函数；以及步骤S3：在第二温度下对第一等温转变后的目标钢材料进行第二等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第二目标比例；其中第二温度依据第二目标尺寸和第一等温转变后的剩余奥氏体的化学成分含量获得，且第二温度高于目标钢材料的马氏体转变温度。可优选的是，第一目标尺寸为30nm至80nm，第二目标尺寸大于第一目标尺寸且小于或等于100nm。可优选的是，第一目标比例和第二目标比例为体积分数，第一目标比例为30％～50％，第二目标比例大于40％。可优选的是，对目标钢材料加热至1050℃奥氏体化保温0.5h后进行奥氏体化，预设第一目标尺寸t1为35nm，第二目标尺寸t2为60nm，第一目标比例为40％，第二目标比例为50％；获得第一温度为210℃，在210℃等温32小时后，贝氏体的生成量达到40％；检测生成量达到40％时剩余未转变奥氏体中的C含量，进一步获得第二温度为310℃，升温至310℃进行第二等温转变3小时，直至达到第二目标比例。可优选的是，所述目标钢材料为高碳钢，高碳钢的碳质量分数大于0.6％。可优选的是，对目标钢材料进行奥氏体化，包括：将目标钢材料加热至目标钢材料的奥氏体化温度，保温0.5h-1h。可优选的是，采用盐浴方法进行第一等温转变和/或者第二等温转变。可优选的是，第一等温转变后的剩余奥氏体的化学成分含量通过X射线衍射法得到。另一方面，本专利技术还提供一种利用前述纳米贝氏体钢的组织调控方法获得的纳米贝氏体钢。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术实施例提供的贝氏体钢的组织调控方法，在基于第一目标贝氏体尺寸和对应的和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到的第一温度下进行第一等温转变，直至贝氏体生成量达到第一目标比例，在基于第二目标尺寸和第一等温转变后的剩余奥氏体的化学成分含量计算得到第二温度进行第二等温转变，直至贝氏体生成量达到第二目标比例，对纳米贝氏体尺寸及该尺寸对应的组织含量进行控制。同时，该方法也同时达到了缩短纳米贝氏体相变时间的目的。再者本专利技术根据不同的要求，将不同尺寸的纳米贝氏体进行不同比例的结合，能够对材料的性能进行精确的把控，从而满足不同领域对材料性能的要求。附图说明图1是本专利技术纳米贝氏体钢的组织调控方法流程图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本专利技术涉及关键零部件轴承、齿轮等领域，尤其是在使用过程中有冲击载荷的工况下，零部件在保持高强度的前提下，还需要保持高韧性以提高使用寿命。因此，在保证纳米贝氏体钢强度的同时，进一步提高材料的韧性指标，不仅会提高关键零部件的使用安全性，也能够进一步提高部件的使用寿命。材料的性能是工艺设计的前提，而贝氏体的尺寸是在决定材料的性能方面起关键性的作用。考虑到在纳米贝氏体材料中，较小的尺寸掌控的是强度，较大的尺寸掌控的是塑韧性。因此，在设计此领域的纳米贝氏体材料时，可以将不同尺寸的纳米贝氏体进行不同比例的结合，通过较小尺寸的材料，保证材料的强度，同时，在组织中生成一定比例的较粗大尺寸的组织，以保证材料的塑韧性。因此，在设计贝氏体相变工艺时，根据不同的要求，将不同尺寸的纳米贝氏体进行不同比例的结合，能够对材料的性能进行精确的把控，从而满足不同领域对材料性能的要求。基于此，本专利技术提供了一种贝氏体钢组织调控方法，包括：对目标钢材料进行奥氏体化；在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；其中，第一温度依据第一目标尺寸和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到，且第一温度高于目标钢材料的马氏体转变温度；在第二温度下对第一等温转变后的目标钢材料进行第二等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第二目标比例；其中，第二温度依据第二目标尺寸和第一等温转变后的剩余奥氏体的化学成分含量计算得到，且第二温度高于目标钢材料的马氏体转变温度。需要说明的是，在本专利技术中，通过建立两相化学自由能差、过冷奥氏体强度以及温度三个参数与贝氏体尺寸间的关系，以确定不同目标尺寸对应的等温温度。具体的，参考表达式(1)，为本专利技术人拟合得到的贝氏体尺寸表达式：表达式(1)中T为贝氏体等温转变温度，ΔGγ→α为贝氏体相变驱动力，是在T温度时奥氏体的屈服强度，t为贝氏体板条厚度，f为温度、相变驱动力以及强度的函数。参考表达式(2)，为本申请在贝氏体等温转变温度T时奥氏体的屈服强度的表达式：Tr＝T-25（2)其中，w为材料中各元素的质量分数(％)。w的下标C、Si、Cr、Mo和N分别代表碳、硅、铬、钼和氮的元素符号。Tr代表等温温度与室温的温差。ΔGγ→α相变驱动力可以根据材料中各元素化学成分含量、奥氏体晶粒尺寸以及具体的温度得到。本领域技术人员可以通过对应的表达式进行计算。例如，在MUGG83模型中,输入材料的化学成分含量，以及对应的奥氏体晶粒尺寸等参数，即可以获得不同温度下的ΔGγ→α相变驱动力结果。结合上述表达式，便可以计算出任意成分任意尺寸与等温转变温度T之间的关系。第一目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米贝氏体钢的组织调控方法，其特征在于，包括：步骤S1：对目标钢材料进行奥氏体化；步骤S2：在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；第一温度依据第一目标尺寸和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到，且第一温度高于目标钢材料的马氏体转变温度，其中，对贝氏体尺寸及该尺寸对应的组织含量进行控制，贝氏体尺寸表达式：

【技术特征摘要】
1.一种纳米贝氏体钢的组织调控方法，其特征在于，包括：步骤S1：对目标钢材料进行奥氏体化；步骤S2：在第一温度下对奥氏体化后的目标钢材料进行第一等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第一目标比例；第一温度依据第一目标尺寸和目标钢材料的奥氏体的化学成分含量计算得到，且第一温度高于目标钢材料的马氏体转变温度，其中，对贝氏体尺寸及该尺寸对应的组织含量进行控制，贝氏体尺寸表达式：贝氏体尺寸表达式中T为贝氏体等温转变温度，ΔGγ→α为贝氏体相变驱动力，是在T温度时奥氏体的屈服强度，t为贝氏体板条厚度，f为温度、相变驱动力以及强度的函数；以及步骤S3：在第二温度下对第一等温转变后的目标钢材料进行第二等温转变，直至目标钢材料的贝氏体生成量达到第二目标比例；其中第二温度依据第二目标尺寸和第一等温转变后的剩余奥氏体的化学成分含量获得，且第二温度高于目标钢材料的马氏体转变温度。2.根据权利要求1所述纳米贝氏体钢的组织调控方法，其特征在于，第一目标尺寸为30nm至80nm，第二目标尺寸大于第一目标尺寸且小于或等于100nm。3.根据权利要求2所述纳米贝氏体钢的组织调控方法，其特征在于，第一目标比例和第二目标比例为体积分数，第一目标比例为30％-50％，第二目标比...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志南，张福成，楚春贺，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13